12月最新中文版cas9中文版综述

Hans Journal of Agricultural Sciences 农业科学, 2014, 4, 142-150

Published Online December 2014 in Hans. /journal/hjas

/10.12677/hjas.2014.46022

Advances in Genome Directional Editing

Technologies of CRISPR/Cas9

Yao Yao, Xueyan Qian, Dongquan Guo*

Agro-Biotechnology Research Institute, Jilin Academy of Agricultural Sciences, Changchun

Email: *xzgdq@

Received: Nov. 18th, 2014; revised: Nov. 25th, 2014; accepted: Dec. 8th, 2014

Copyright © 2014 by authors and Hans Publishers Inc.

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/licenses/by/4.0/

Abstract

CRISPR/Cas (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated) refers to an adaptive immune system that is gained from the long-term evolution of the organism which is widespread in bacteria and archaea. The system is able to degrade the invading virus or phage DNA. TypeⅡof CRISPR/Cas system has become the most popular method due to its simplicity.

This paper summarizes the basic structure, principle, technical characteristics and the progress of CRISPR/Cas, as well as the application prospect of the technology.

Keywords

CRISPR/Cas System, Cas9 Protein, Targeted Genome Modification

基因组定向编辑技术——CRISPR/Cas9

的研究进展

姚瑶，钱雪艳，郭东全*

吉林省农业科学院农业生物技术研究所，长春

Email: *xzgdq@

收稿日期：2014年11月18日；修回日期：2014年11月25日；录用日期：2014年12月8日

*通讯作者。

基因组定向编辑技术——CRISPR/Cas9的研究进展

摘要

CRISPR/Cas系统(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated)是广泛存在于细菌及古生菌中的，由细菌体长期进化而形成的，能够降解入侵病毒或噬菌体DNA的适应性免疫系统。由于CRISPR/Cas的Ⅱ型系统比较简单，因此成为目前应用最为广泛的方法。本文主要介绍了CRISPR/Cas系统的基本结构、作用原理、技术特点、研究进展以及该技术可能的应用前景等方面内容。关键词

CRISPR/Cas系统，Cas9蛋白，基因定点修饰

1. 引言

随着测序技术的不断进步，越来越多物种的全基因组序列被获得。面对这些海量的基因数据，基因定点编辑技术将是能够高效寻找目标基因，迅速获得基因功能和应用信息，使这些生物基因信息充分得到利用的重要研究手段。基因定点修饰是指外源DNA片段与受体同源片段发生重组，使外源DNA片段整合到染色体的目标位点，与通常的T-DNA标签、转座子标签及逆转座子标签等基因敲除技术相比，基因定点修饰技术不仅能实现基因准确的定点整合，而且可对靶基因进行精细改造如缺失或插入[1]。

目前常用的基因组定点编辑技术包括：锌指核酸酶(Zinc-finger nucleases, ZFNs)，转录激活因子效应物核酸酶(Trans-cription activator like effector nucleases, TALENs)，以及近年来兴起的一项新技术——成簇的规律间隔短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)/Cas9系统三种编辑技术[2][3]。同ZFNs和TALEs技术相比，CRISPR/Cas9优势在于：该技术以短RNA作为DNA 序列的识别序列；识别位点的要求比较多样化；不需形成二聚，仅Cas9蛋白即可完成与FokI酶的功能相似的作用；可一次断裂多个位点；成功率高；对细胞毒性小；应用成本便宜等明显的优势[4] [5]。2. CRISPR/Cas技术

2.1. CRISPR技术研究历史

1987年，日本学者研究E. coli K12的碱性磷酸酶基因时，在其编码区的附近首次发现了成簇的规律间隔的短序列，这些序列由14个长度为29 bp的重复片段和32~33 bp的非重复片段间隔连接[6]。然而这一发现，在当时并未得到足够的重视。随着测序技术的不断成熟，研究人员发现这种间隔重复序列广泛存在于各种细菌和古细菌中。到了2002年，这一独特的序列才被科学家Jansen等[7]将其正式命名为：成簇的、规律间隔的短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)，CRISPR与其关联蛋白(CRISPR-associated proteins, CAS)共同组成了CRISPR/CAS系统。研究发现已经测序过的细菌基因组中约有40%都存在CRISPR位点[8]。

在自然界中，噬菌体与细菌之间是一种捕食与被捕食关系。其中烈性噬菌体是细菌的天然“杀手”，具有杀死和清除细菌的能力。为了躲避噬菌体的攻击，细菌不断的进化出一些防御机制，根据噬菌体侵入宿主的不同阶段，可以将噬菌体抵抗机制分为4个主要类别：吸附抑制，流产感染，限制–修饰系统和穿入阻滞。另外，还有利用噬菌体编码的抗性作用，以及通过人工插入突变的方法获得广泛的噬菌体抵抗菌株[9]。近年来，新兴起的CRISPR系统也是细菌抵御质粒或噬菌体等外源物质侵入的一种适应性免疫防御机制。